Los agujeros negros, enigmáticos objetos cósmicos, son descritos por su masa, carga eléctrica y espín. Durante décadas, se creyó que no podían alcanzar un estado de 'extremalidad' debido a la tercera ley de la termodinámica. Sin embargo, un reciente estudio ha propuesto dos mecanismos que permitirían su existencia, abriendo nuevas vías para la comprensión de estos fenómenos y potencialmente reformulando leyes fundamentales de la física.
Los agujeros negros representan los objetos más enigmáticos del universo, solo comparables en misterio con las estrellas de neutrones y las de quarks. Aunque nuestro entendimiento aún no abarca todos sus secretos, los cosmólogos han progresado en desvelar algunos de sus misterios, proporcionando respuestas que nos ayudan a comprenderlos mejor. Para caracterizar un agujero negro específico, es esencial conocer tres propiedades: su masa, su carga eléctrica y su espín.
Aquellos agujeros negros que poseen carga o rotación presentan dos horizontes: el de sucesos, que es la región del espacio que rodea al agujero negro, más allá de la cual cualquier objeto que la cruce caerá irreversiblemente hacia su interior sin posibilidad de escape; y el horizonte de Cauchy. Este último delimita una región más allá de la cual la relatividad general deja de ser aplicable para realizar predicciones. En 1969, el físico y matemático británico Roger Penrose propuso la intrigante idea de que el horizonte de Cauchy siempre debería permanecer oculto dentro del horizonte de sucesos para evitar la formación de una singularidad. Esta propuesta es conocida como la hipótesis de la censura cósmica.
Cuando la carga o el espín de un agujero negro aumentan, el horizonte de Cauchy se expande, mientras que el horizonte de sucesos se contrae. Este comportamiento conduce a que ambos horizontes converjan en un límite denominado "extremalidad". En esta región, la gravedad superficial es nula, y dado que la temperatura de Hawking es directamente proporcional a dicha gravedad superficial, se teoriza que el agujero negro no debería emitir radiación de Hawking y su temperatura debería ser de cero grados.
La tercera ley de la termodinámica establece que un sistema nunca puede alcanzar el cero absoluto, lo que llevó a los físicos a aceptar durante décadas que un agujero negro no podía generar las condiciones necesarias para llegar a la extremalidad. Esta perspectiva cambió en 2024. Christoph Kehle, matemático alemán del Instituto Tecnológico de Massachusetts, y Ryan Unger, matemático de Stanford y Berkeley, publicaron un estudio en el que afirmaban que un agujero negro puede alcanzar la extremalidad sin generar una singularidad desnuda.
Antes de continuar, una breve aclaración: una singularidad desnuda ocurre cuando la curvatura del espacio-tiempo se vuelve infinita, lo que invalida la relatividad general y expone una singularidad gravitatoria sin que un horizonte de sucesos la oculte. Kehle y Unger descubrieron, y aquí reside la sorpresa, dos mecanismos que permiten a un agujero negro alcanzar la extremalidad sin desencadenar la aparición de una singularidad desnuda. El primero consiste en añadir gradualmente materia cargada al agujero negro. El segundo requiere disparar un haz de partículas cargadas hacia una región vacía del espacio y provocar su colapso, lo que daría lugar a la creación de un agujero negro extremal.
Estas ideas pueden parecer muy elaboradas, es cierto, pero lo verdaderamente significativo es que describen dos escenarios en los que la existencia de estos exóticos agujeros negros no solo está respaldada por las matemáticas, sino también por las leyes de la física.
En cualquier caso, los agujeros negros extremales son importantes por varias razones. A pesar de tener una temperatura cero, conservan entropía, lo que los convierte en objetos de gran interés para investigar la composición microscópica de los agujeros negros. Además, en teoría, sería posible observarlos si los astrofísicos logran identificar uno, ya que la materia que cae en su interior debería dejar una huella distinta a la que produciría un agujero negro convencional. Y, como un beneficio adicional, estos objetos cuestionan la tercera ley de la termodinámica, ofreciendo a los físicos una excelente oportunidad para su reformulación.
